從數(shù)據中心互連革命看“低功耗、高并行”光通信新范式

一、AI算力爆發(fā)下的光通信困局與Micro-LED破局之道 

在AI計算需求年均增長300%的背景下，人工智能集群在數(shù)據量、帶寬、延遲和速度方面面臨著前所未有的要求。全球數(shù)據中心正面臨銅互連的物理極限挑戰(zhàn)。在112 Gbps以上，銅互連信號衰減可達約40 dB/m，10米內誤碼率難以控制在1E-12以下，人們迫切希望將光纖連接盡可能地靠近電路板。在全光AI數(shù)據中心的技術路線中，互連向“更近、更冷、更省電”的方向演進已成共識。美國的Avicena公司提出了一種基于MicroLED的“寬而慢”（Wide & Slow）光互連架構解決方案，用光學連接取代電連接，以低成本、節(jié)能的方式滿足日益增多的GPU之間通信的迫切需求。使用數(shù)百個通過成像型光纖連接的藍色MicroLED陣列和探測器陣列，每個Micro-LED像素能夠以4到16吉比特每秒的速度發(fā)送數(shù)據，聚合帶寬可達到多太比特每秒（Tbps）級別。用超高并行度取代極限速率，顯著降低能耗與復雜度，為GPU—HBM、GPU—GPU短距連接提供新范式。

MicroLED光互連架構方案的率先提出也推動了Avicena估值半年激增300%至45億美元，獲得B輪融資加速量產。

Micro LED技術正在逐步應用于數(shù)據中心光通信市場，并有潛力重塑數(shù)據中心內部的互連方式，相關廠商如蘇州漢驊半導體也已經開始加快布局。作為新的增長動能，Micro LED未來在非顯示領域的發(fā)展步伐及貢獻度將備受關注與期待。

二、Micro-LED光互連系統(tǒng)的核心架構與技術參數(shù) 

MicroLED光互連系統(tǒng)以遠距離傳輸、低功耗、低成本和高可靠性重塑AI集群設計，其核心組件構建了完整的光電轉換與傳輸鏈路： MicroLED光互連系統(tǒng)具有遠距離傳輸、低功耗、低成本和高可靠性等特點，從而解鎖全新的AI集群設計。Micro-LED光互連系統(tǒng)主要由發(fā)射端（TX）和接收端（RX）兩部分組成，構建了完整的光電轉換與傳輸鏈路，系統(tǒng)的核心架構包括以下關鍵組件：

·發(fā)射端（TX）：電信號驅動MicroLED陣列發(fā)光，像素級并行傳輸

·傳輸介質：成像型/多模光纖束，通道獨立、耦合高效

·接收端（RX）：CMOS兼容光電探測器陣列（Si PD）完成光電轉換

·控制芯片：ASIC TX/RX實現(xiàn)編解碼、時鐘與同步

·形態(tài)演進：支持OBO（板外光學）到CPO（共封裝光學），靠近芯片、縮短電路徑性能與指標

·單像素速率：4–16 Gbps

·聚合帶寬：400像素陣列約6.4 Tbps；單鏈路可擴展至約304通道、3 Tb/s

·微功耗像素：約10 μW/像素在425 nm實現(xiàn)10 Gb/s（并行陣列方式）

·探測器特性：響應度約0.17 A/W，像素面積約225 μm

技術指標層面，400像素陣列可實現(xiàn)6.4 Tbps聚合帶寬，單鏈路擴展至304通道時達3 Tb/s，單像素僅10 μW驅動功率（425 nm波長下10 Gb/s速率），功耗較傳統(tǒng)電互連降低一個量級以上。 

三、MicroLED光互連顛覆傳統(tǒng)的六大核心優(yōu)勢：從“激光依賴”到“CMOS親和” 

相較于傳統(tǒng)激光光源，MicroLED光互連技術構建了差異化競爭力，尤其是在構建高性能、高能效的AI和數(shù)據中心網絡方面。傳統(tǒng)光通訊都是使用激光器作為光源，能耗大，成本高。 

MicroLED的陣列，作為光通訊新的光源。用在芯片對芯片之前的通訊和數(shù)據傳輸，能耗是傳統(tǒng)激光光源的10分之一，且大幅提升數(shù)據有效傳輸距離和傳輸速率。其六大核心優(yōu)勢如下：

1、低功耗：約1 pJ/bit，較傳統(tǒng)電互連（10–100 pJ/bit）顯著降低能耗

2、適配數(shù)據中心短距：覆蓋機柜內與跨服務器約20米互連

3、并行傳輸：采用多達512個GaN基藍光MicroLED的陣列發(fā)射器，通過多芯成像光纖實現(xiàn)通道獨立傳輸；單像素約10 μW驅動功率，在425 nm處可達10 Gb/s

4、去激光化：無激光器設計, 規(guī)避激光器的溫控、隔離器、端面鍍膜等復雜度，系統(tǒng)復雜度顯著下降70%。

5、CMOS親和：光電探測器陣列可直接與芯片表面鍵合，示例響應度約0.17 A/W、像素面積約225 μm?

6、模塊化擴展：單鏈路可擴展至約304通道，總帶寬約3 Tb/s；“顯示—攝像”式工作原理利于百萬像素級長期演進

四、Micro-LED光互連的關鍵制造工藝與挑戰(zhàn)：

MicroLED光互連的規(guī)?；瘧靡蕾嚾蠊に噭?chuàng)新：

1、混合鍵合技術：實現(xiàn)MicroLED陣列與CMOS邏輯芯片的無縫集成，縮短電連接路徑，降低互連損耗與封裝復雜度； 

2、材料光譜匹配：425 nm藍光MicroLED與硅基探測器（Si PD）的敏感波段高度契合，提升光電轉換效率與信號完整性； 

3、8英寸硅基GaN技術：硅基 GaN 外延材料是 MicroLED 光通信的 “基石”—— 其性能指標直接決定 MicroLED 芯片的發(fā)光效率、調制速率、可靠性及陣列一致性，進而影響光通信系統(tǒng)的帶寬、功耗、串擾與量產可行性。

蘇州漢驊半導體作為國內首條集合了硅基GaN- 8英寸全色系MicroLED外延、器件、3DIC混合集成的產線，已于2024年完成通線。目前已經發(fā)布了均勻性收斂到±0.5 nm的8英寸GaN硅基外延，可提供超低通道串擾的光通信外延材料，解鎖 “Tbps 級低功耗互連”。另外，采用該公司自主研發(fā)的混合鍵合工藝，實現(xiàn)與CMOS邏輯芯片的無縫集成，為MicroLED光互連系統(tǒng)提供了理想的光源全系列全流程解決方案，與產業(yè)鏈下游共同協(xié)作推進光通信器件升級。 

五、未來展望：開啟數(shù)百億美元數(shù)據中心互連新周期 

這場以MicroLED為核心的光互連革命，正在突破“功耗墻”“帶寬墻”，為后摩爾時代的AI基礎設施提供新的技術坐標。MicroLED光互連以更低能耗、更高并行度與更強工程可實現(xiàn)性，為“Scale Up”架構提供可落地的物理層支撐。隨著生態(tài)、標準與制造能力的完善，它有望在未來2–5年內加速進入數(shù)據中心與AI系統(tǒng)主流，重塑算力基礎設施的互連范式，開啟面向數(shù)百億美元規(guī)模的數(shù)據中心互連新周期。

相關信息：

2025年11月11-14日，蘇州漢驊半導體有限公司董事長袁義倥將出席“第十一屆國際第三代半導體論壇&第二十二屆中國國際半導體照明論壇（IFWS&SSLCHINA 2025）”，并將在“2025海上絲綢之路國際產學研用合作會議光電技術與未來顯示分會暨Mini/Micro-led技術應用大會”上發(fā)表《3DIC 異質集成：超越摩爾極限，開啟AI+AR的核心密碼》主題演講。敬請請關注！